紅外光子晶體光纖傳能系統(tǒng)的方案設(shè)計與仿真.pdf

1、隨著人們對紅外技術(shù)的深入研究，CO2激光器得到了快速的發(fā)展，并以其優(yōu)越的性能應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、激光加工等各領(lǐng)域。但在能量傳輸過程中因為傳輸媒介的影響無法達(dá)到預(yù)期的效果。近年來，人們期望光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳輸媒介用于傳輸CO2激光能量。國內(nèi)外對紅外光纖的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了一定的成果。而相比較于傳統(tǒng)光纖，光子晶體光纖具有耦合效率高、彎曲損耗和非線性低、色散可控等優(yōu)點而成為熱門的研究課題。如何設(shè)計和實現(xiàn)紅外光子晶體光纖高效傳輸C

2、O2激光能量系統(tǒng)，從而實現(xiàn)CO2激光更廣泛的應(yīng)用具有重大的研究意義。
　　本文選取了低功率的CO2激光器，設(shè)計紅外擴(kuò)束系統(tǒng)和聚焦透鏡，將激光高效地耦合到2紅外光子晶體光纖中。設(shè)計三角晶格帶隙型空芯光子晶體光纖作為紅外傳能光纖，光纖的材料選用10.6μm波段處具有良好透過性的碲砷硒玻璃(Te20As30Se50)，利用平面波法和全矢量有限元法討論光子晶體光纖的帶隙和損耗特性，通過改變光纖參數(shù)中的占空比、包層層數(shù)、空氣孔半徑進(jìn)行仿真計

3、算，根據(jù)損耗變化規(guī)律，最終得到一種晶格常數(shù)為7.5μm，占空比為0.78，纖芯半徑為27μm，包層層數(shù)為8層的可用于傳輸CO2激光能量的紅外光子晶體光纖。
　　在考慮激光器與光纖的耦合中，首先運用紅外擴(kuò)束系統(tǒng)對激發(fā)光束進(jìn)行準(zhǔn)直。然后用光學(xué)軟件Zemax對匯聚透鏡參數(shù)和耦合效率進(jìn)行計算仿真，多次優(yōu)化后得到透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)1r為32.8mm，2r為-90.6mm，透鏡厚度為3mm，透鏡的半徑為10mm，有效焦距BFL為34.1mm，激光